(57)【要約】  本発明は量子レベル炭素、該量子レベル炭素の製造方法及び装置に関し、量子レベル炭素溶液が量子レベル炭素を含有する水溶液であり、前記量子レベル炭素水溶液は０．６≦粒径≦５０ｎｍ単層グラフェン、０．６≦粒径≦１００多層グラフェン、０．６ｎｍ≦粒径≦２００ｎｍ炭素構造粒子、０．６＜粒径＜２００ｎｍ量子レベル炭素のの炭素粒子を含み、本発明はプロセスが簡単であり、コストが低く、制御しやすく、量産を容易に実現でき、且つ廃液、固体廃棄物、排ガスを生成せず、製造された単層グラフェン、多層グラフェン、及び炭素構造粒子は粒度が均一であり、純度が高く、製品の品質が安定する。【選択図】無
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子レベル炭素であって、
量子レベル炭素溶液の結晶体であり、該結晶体がナノ炭素構造体であり、単層グラフェン又は多層グラフェンを含み、結晶体の表層が炭素、水素、酸素元素を含有する化合物であり、前記炭素、水素、酸素元素を含有する化合物は炭素酸素単結合を含有する化合物、炭素酸素二重結合を含有する化合物、炭素水素化合物を含有する混合物を含み、混合物中の各元素の比率がＣ：４５％−６０％、Ｈ：０．２％−５．０％、Ｏ：３５％−５４％であり、
前記量子レベル炭素溶液が量子レベル炭素を含有する水溶液であり、前記量子レベル炭素水溶液は０．６≦粒径≦５０ｎｍ単層グラフェン、０．６≦粒径≦１００多層グラフェン、０．６＜粒径＜２００ｎｍ量子レベル炭素の炭素粒子を含むことを特徴とする量子レベル炭素。
【請求項２】
前記量子レベル炭素溶液は、ＯＲＰが２８０ｍｖ−５００ｍｖであり、導電率σが１−１０ｍｓ／ｃｍであり、起電力が２８０ｍｖ−３８０ｍｖであり、ｐＨ値が１．２−３．２であり、濃度が０．１％−０．４５％であることを特徴とする請求項１に記載の量子レベル炭素。
【請求項３】
順に連通する電気化学酸化発生器部（１）、イオンドープ装置部（３）、グラファイト層間剥離部、分散装置部（２）、分離装置部及び濃縮装置部を含み、電気制御部は電気化学酸化発生器部（１）、イオンドープ装置部（３）、グラファイト層間剥離部、分散装置部（２）、分離装置部及び濃縮装置部の動作を制御することに用いられることを特徴とする請求項１に記載の量子レベル炭素の製造装置。
【請求項４】
前記電気化学酸化発生器部（１）はハウジング及びハウジングキャビティに設置される少なくとも１組の正負極板発生アセンブリを備え、ハウジングの左側壁に給液口ａ及び吸気口ｂが設けられ、ハウジングの右側壁に材料排出口ｃが設けられ、ハウジングの底部に１つのＵ字型ブラケット（１−３）が設けられ、ブラケット（１−３）に中心軸（１−４）が架設され、正負極板発生アセンブリが中心軸（１−４）に設置されることを特徴とする請求項３に記載の量子レベル炭素の製造装置。
【請求項５】
前記正負極板発生アセンブリは正極板（１−２）及び負極板（１−１）を含み、垂直に設置され、前記正極板（１−２）が強度・密度・純度の高いグラファイトであり、負極板（１−２）は表面にＰｔ又はＮｉがめっきされる、３１４＃ステンレス又は３１４＃ステンレスで製造された金属極板であり、前記負極板（１−２）に１〜２ｍｍ直径×（５０〜３００）個の貫通孔が均一に配置され、中心軸（１−４）に正極板（１−２）と負極板（１−１）との間の隙間を調整するための１つの隙間弾性調整装置（１−５）が設けられ、調整範囲が０．５ｍｍ〜１０ｍｍであり、
前記隙間弾性調整装置（１−５）は中心軸（１−４）に垂直に設置される摺動片及び摺動片に固定される調整ボルトを備え、調整スプリングの一端が正負極板発生アセンブリに接触し、他端が摺動片に接触し、正極板（１−２）と負極板（１−１）との間に絶縁スプリングが設けられることを特徴とする請求項４に記載の量子レベル炭素の製造装置。
【請求項６】
前記イオンドープ装置部（３）はポンプ体（３−４）、及び複数の水平配管とＬ字型フランジ（３−２）とで構成される配管システムを含み、Ｌ字型配管の曲がり角に起振棒（３−３）が設置され、配管システムの一端がポンプ体（３−４）の出力端子に接続され、他端の配管（３−１）の端部に少なくとも１組のイオンドープ装置が嵌合され、前記イオンドープ装置が調整可能なハイパワーの集束超音波トランスデューサであることを特徴とする請求項４に記載の量子レベル炭素の製造装置。
【請求項７】
前記グラファイト層間剥離部（２−１）はハウジング、ハウジング内に設置される剥離アセンブリを備え、ハウジングの両端に入口及び出口が設けられ、且つエンドカバーで密閉され、剥離アセンブリは垂直に設置される金属片Ａ、金属片Ｂ、金属片Ｃ及び金属片Ｄを含み、前記金属片Ａ、金属片Ｂ、金属片Ｃ及び金属片Ｄに対応する構造が金属片構造Ａ１、金属片構造Ａ２、金属片構造Ｂ１及び金属片構造Ｂ２であり、その組み合わせが金属片Ａ−金属片Ｃ、金属片Ｂ−金属片Ｄ、金属片Ａ−金属片、又は金属片Ｄ−金属片Ａ−金属片Ｂ−金属片Ｃ−金属片Ｄであり、
金属片構造Ａ１は六角形貫通孔が均一に配置される円板であり、円板の中心が中心孔の中心であり、金属片構造Ｂ１は金属片構造Ａ１の孔型寸法と同様であり、六角形貫通孔が均一に配置される円板であるが、円板の中心が金属片構造Ａ１を２つの孔の中心の直線距離の１／２だけ水平に移動する箇所であり、金属片構造Ａ２は円形貫通孔が均一に配置される円板であり、円板の中心が中心孔の中心であり、金属片構造Ｂ２は金属片構造Ａ２の孔型寸法と同様であり、円形貫通孔が均一に配置される円板であるが、円板の中心が金属片構造Ａ２を２つの孔の中心の直線距離の１／２だけ水平に移動する箇所であり、金属片構造Ｃは円板の周辺に半円形貫通孔があるが、その上に少なくとも４つのねじ穴が均一に配置され、金属片構造Ｄは中心に貫通孔があり、その組み合わせがＡ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２、Ａ−Ｂ又はＤＡＢＣＤであり、
前記分散装置部（２−２）はハウジング、ハウジング内に設置される順に接続される２つの分散室、つまり分散室１及び分散室２を備え、前記分散室２の出力端子がハウジング外部の出力室に接続され、前記分散室１及び分散室２が２つの矩形室であり、且つ分散室１の出力端子が分散室２の入力端子に接続され、前記分散室２の出力端子がくさび形であり、傾斜角度がα（３５°≦α≦７５°）であり、出力室が台形であって、２つの辺の傾斜角度がβ（４５°≦β≦８５°）であり、前記分散室２の出力端子から入力端子までの距離がＬであり、幅がＤ１であり、分散室２の出力端子の仕様がＤ２（０．０１≦（Ｄ１−Ｄ２）／Ｌ≦０．１）であり、前記ハウジングの上部に更に分散室１と分散室２との接続箇所まで１つの垂直流路が開設され、該流路が１つの逆Ｔ字型流路であり、流路の底部が矩形であって、分散室１と分散室２との接続箇所に連通することを特徴とする請求項４に記載の量子レベル炭素の製造装置。
【請求項８】
量子レベル炭素の製造方法であって、
多層逆浸透膜を用いてｐＨ値６．５−７．２、抵抗値１８０メグオームの脱イオン水を製造し、電気化学酸化発生器部（１）のハウジングの左側壁に設けられる給液口ａから発生器に入れるステップ１と、
発生器内の水の０．１５％の添加量のＨ２Ｏ２剤（濃度３０％）を、給液口ａから発生器に入れるステップ２と、
ステップ１、ステップ２を経て、水和剤を電気化学酸化発生器部（１）に入れ、２４時間以上静置し、その後、制御キャビネットによって製造プログラムを起動し、制御キャビネットが高周波パルス直流電源を供給し、出力端子の直流電源が０−１５０Ｖであり、０−１００Ａが電気化学酸化発生器部（１）の調整応用に備え、出力端子電力１−５ＫＶＡ、２０ＫＨｚ−１２０ＫＨｚの多重周波数双方向送信波を同時に供給し、イオンドープ装置の調整可能なハイパワーの集束超音波トランスデューサの調整応用に備えるステップ３と、
電気化学酸化発生器部（１）により製造された一次カーボンゾル液体をポンプ３−４の提供する３ｋｇ／ｃｍ３−１０ｋｇ／ｃｍ３圧力強度によってイオンドープ装置部（３）に搬送し、グラファイト層間水素、酸素イオンのドープ製造を行い、次にグラファイト層間剥離部、分散装置部（２）のグラファイト層間剥離部（２−１）、分散装置部（２−２）により製造された後、グラファイト層間剥離部、分散装置部（２）でカーボンゾル液体の様々なパラメータを検出し、カーボンゾル液体の各項指標が所定値範囲にある場合、量子レベル炭素の基礎液体として後続精製、濃縮して各形態の量子レベル炭素製品を分離製造し、カーボンゾル液体の各項指標が所定値範囲を超える場合、システムがポンプ４を起動してカーボンゾル液体を電気化学酸化発生器部（１）に戻して再製造するステップ４と、を含み、
前記カーボンゾル液体の各項指標とは、量子レベル炭素混合液のｐＨ値が１．２−２．２であり、起電力ＯＲＰ値が２８０ｍｖ−３８０ｍｖであり、導電率値が１．５ｍｓ／ｃｍ−５．０ｍｓ／ｃｍであり、固液濃度は導電率−固形分含有量、起電力−固形分含有量、ｐＨ−固形分含有量のように正規化する傾向があり、固形分含有量値が０．４％−０．６％であり、カーボンゾル液体の温度が４０℃−７０℃であるということを意味し、
前記カーボンゾル液体の各項指標は量子レベル炭素粒子の粒径及び粒径頻度分布に対する検出を含み、量子レベル炭素の粒径及び粒径頻度分布範囲が０．６ｎｍ−１．０ｎｍであり、
各パラメータが規定の水準に達すると、量子レベル炭素溶液を得て、選別装置に設けられる回転速度１５０００回転／分間−３００００回転／分間の高速遠心機によって量子レベル炭素混合液に対して遠心選別処理を行うことを特徴とする量子レベル炭素の製造方法。
【請求項９】
前記量子レベル炭素混合液を遠心処理した後、処理後の溶液に０．００１％−０．０１０％質量比のベンゼンヘキサカルボン酸を結晶種子として加えて、２時間高速撹拌するとともに、７０℃−８０℃に加熱し、２０時間以上静置し、室温まで徐々に冷却して、高純度のベンゼンヘキサカルボン酸結晶体の炭素水素酸素化合物を得ることを特徴とする請求項８に記載の量子レベル炭素の製造方法。
【請求項１０】
前記量子レベル炭素混合液を遠心処理した後、処理後の溶液に０．１％−１．０％パラフィン、０．１％−１．０％脂肪族アルコール、又は任意比率のパラフィンと脂肪族アルコールとの混合物を加え、前記パラフィンはＣ１−Ｃ１２炭素原子のパラフィンであって、１つ又は複数の混合炭化水素であり、前記脂肪族アルコールはＣ１−Ｃ１２炭素原子の脂肪族アルコールであって、１つ又は複数の混合アルコールであり、且つ１時間高速剪断撹拌するとともに、混合液体に５つの周波数帯の周波数を印加して超音波分散し、５つの周波数帯の周波数を昇順に印加し、且つ各周波数帯の周波数の印加時間を１分間とし、５つの周波数帯の周波数の順次印加の完了を１つの印加群とし、超音波分散時間が１時間に達するまで、複数の印加群連続的に繰り返して行い、次に１２時間静置して、淡黄色液体である上澄み液を得て、ガスクロマトグラフィー／質量分析法を用いて得た前記淡黄色液体成分がノルマルオクタンＣ８Ｈ１８炭素水素化合物であり、前記５つの周波数帯の周波数は順に２０ＫＨｚ、４５ＫＨｚ、６５ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、１２０ＫＨｚであることを特徴とする請求項８に記載の量子レベル炭素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方法及び装置に関し、特に量子レベル炭素、該量子レベル炭素の製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、炭素元素は自然界で人間と緊密に関わる最も重要な元素の１つである。炭素元素はＳＰ、ＳＰ２、ＳＰ３を混成した多様な電子軌道特性、特に炭素炭素二重結合ｓｐ２を混成した異方性による結晶体の異方性を有するため、炭素元素を唯一の構成元素とする炭素構造材料が様々な性質を有し、且つ、新しい炭素材料は次々と発見されて人工製造される。単一元素として三次元ダイヤモンド結晶体、二次元グラファイト層片、一次元カルベン及びカーボンナノチューブ、ゼロ次元フラーレン分子等のような構造及び性質が異なる物質を形成できる元素は、炭素を除いてほかにない。例えば、炭素構造体中のグラフェン片材料は多くの優位性を有し、太陽電池、センサ、ナノエレクトロニクス、高性能ナノ電子デバイス、複合材料、電界放出材料、ガスセンサ及びエネルギー貯蔵等の分野に広く応用されている。近年、科学者は単層グラフェンの製造方法、特に品質が高く、生産性が高く、コストが低く、構造が安定するグラフェンの製造方法に注力している。現在、公知のより成熟したグラフェンの製造方法は、機械的剥離法及び溶媒剥離法等を含む剥離法と、結晶体エピタキシャル成長、エピタキシー法、化学気相成長等を含む成長法と、よく使用されるＨｕｍｍｅｒｓ法、Ｓｔａｎｄｅｎｍａｉｅｒ法、Ｂｒｏｄｉｅ法等を含むグラファイト酸化還元法と、主にアーク放電法、グラファイト層間化合物法を含む他の方法と、を含み、現在、出現したばかりの方法は高温焼入法及びカーボンナノチューブ剥離法等である。グラファイト酸化還元法は簡単で多様化したプロセスを有し、よく使用されるグラフェンの製造方法であるが、研究のための実験室での少量製造のみに適し、大量製造すると、大量の廃酸、廃水等が生成して環境汚染を引き起こしてしまう。
【０００３】
同様に、炭素構造体のような優れた性質を有する材料の製造方法は、今まで、コスト及び環境保護等の面で大きく進展していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高品質、低コスト、環境保護型の炭素晶体材料の大量製造はすべての応用の基礎となり、低コスト・制御可能な製造方法の開発は現在緊急に解決すべき問題となった。
【０００５】
量子レベル炭素は０．３−１００ｎｍ粒径の炭素粒子の単層グラフェン、多層グラフェン、ナノ炭素構造体を含み、前記炭素粒子の表層に炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物があり、前記炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物は多環芳香族炭化水素、炭素酸素単結合を含有する化合物、炭素酸素二重結合を含有する化合物、炭素水素結合を含有する化合物を含む。
【０００６】
量子レベル炭素は炭素元素の中で熱力学では安定しないが、動力学ではより安定する準安定物質である。量子レベル炭素を構成する基材は単分散炭素原子又は炭素原子クラスターである。グラフェンを例とし、グラフェン片層に一定の湾曲構造が発生するとき、平衡化状態にある炭素原子は一定の応力エネルギーを有し、且つより高いエネルギー状態にある。異なる炭素同素体中の炭素元素に含まれるエネルギーが異なり、グラファイト中の炭素原子のエネルギーがゼロであって、最安定状態であり、フラーレン球Ｃ６０中の炭素原子のエネルギーが高くとも０．４５ｅＶに達し、Ｃ２４０の場合には約０．１５ｅＶであり、カーボンナノチューブ及びダイヤモンド中の炭素原子のエネルギーが０．０２〜０．０３ｅＶであり、グラフェン湾曲構造の応力エネルギーを消失させるために、異なる炭素同素体の生成熱が異なる必要がある。最も安定するグラファイトの生成熱Ｈｆ（ｇ・ｃ）がゼロであり、ダイヤモンドの場合には１．６７ＫＪ／ｍｏｌであり、Ｃ６０の場合には４２．５１ＫＪ／ｍｏｌであり、Ｃ７０の場合には４０．３８ＫＪ／ｍｏｌ炭素であり、グラファイトを湾曲構造にして異なる炭素同素体を形成するために、外部から一層高いエネルギーを印加して励起状態でエネルギーの一層高い単分散炭素原子又は炭素原子クラスターを形成させなければならない。これらの制御可能な励起状態のエネルギーの供給は、本発明の特別な加工方法で実現されてもよく、且つ異なる炭素構造体を選択的に製造することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記技術的問題を解決するために、下記技術案を用いた。
【０００８】
量子レベル炭素であって、量子レベル炭素溶液の結晶体であり、該結晶体がナノ炭素構造体であり、単層グラフェン又は多層グラフェンを含み、結晶体の表層が炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物であり、前記炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物は多環芳香族炭化水素、炭素酸素単結合を含有する化合物、炭素酸素二重結合を含有する化合物、炭素水素結合を含有する化合物のうちの１つ又は複数の混合物を含み、混合物中の各元素の比率がＣ：４５％−５５％、Ｈ：０．２％−２．０％、Ｎ：０．１％−０．３％、Ｏ：４５％−６５％であることを特徴とする。
【０００９】
前記結晶体の表層とは結晶体粒子表層の化合物元素、つまり量子レベル炭素溶液中のすべての混合物の元素含有量を意味する。（米国ＥＡＩ公司製のＣＥ−４４０型迅速元素分析装置を用いて三回測定した平均結果はＣ：５０．１９％、Ｈ：０．４２％、Ｎ：０．２２％、Ｏ：４９．１７％であり、分析精度が０．１５％であり、分析正確度が０．１５％である。全体的に炭素ナノ粒子中の酸素基含有量が高いと示される）。
【００１０】
前記量子レベル炭素溶液が量子レベル炭素を含有する水溶液であり、前記量子レベル炭素水溶液は０．６≦粒径≦５０ｎｍ単層グラフェン、０．６≦粒径≦１００多層グラフェン、０．６ｎｍ≦粒径≦２００ｎｍ炭素構造粒子、０．６＜粒径＜２００ｎｍ量子レベル炭素の炭素粒子を含み、
好ましくは、前記量子レベル炭素溶液は、ＯＲＰが２８０ｍｖ−５００ｍｖであり、導電率σが１−１０ｍｓ／ｃｍであり、起電力が２８０ｍｖ−３８０ｍｖであり、ｐＨ値が１．２−３．２であり、濃度が０．１％−０．４５％である。
【００１１】
好ましくは、順に連通する電気化学酸化発生器部、イオンドープ装置部、グラファイト層間剥離部、分散装置部、分離装置部及び濃縮装置部を含み、電気制御部は電気化学酸化発生器部、イオンドープ装置部、グラファイト層間剥離部、分散装置部、分離装置部及び濃縮装置部の動作を制御することに用いられる。
【００１２】
好ましくは、前記電気化学酸化発生器部はハウジング及びハウジングキャビティに設置される少なくとも１組の正負極板発生アセンブリを備え、ハウジングの左側壁に給液口ａ及び吸気口ｂが設けられ、ハウジングの右側壁に材料排出口ｃが設けられ、ハウジングの底部に１つのＵ字型ブラケットが設けられ、ブラケットに中心軸が架設され、正負極板発生アセンブリが中心軸に設置される。
【００１３】
好ましくは、前記正負極板発生アセンブリは正極板及び負極板を含み、垂直に設置され、前記正極板が強度・密度・純度の高いグラファイト（高密度では、比重＞１．８０、高純度では、グラファイト＞９９．９％、高強度では、引張強度＞３０．００ＭＰａ）であり、負極板は表面にＰｔ又はＮｉがめっきされる、３１４＃ステンレス又は３１４＃ステンレスで製造された金属極板であり、前記負極板に１〜２ｍｍ直径×（５０〜３００）個の貫通孔が均一に配置される。中心軸に正極板と負極板との間の隙間を調整するための１つの隙間弾性調整装置が設けられ、調整範囲が０．５ｍｍ〜１０ｍｍであり、
前記隙間弾性調整装置は中心軸に垂直に設置される摺動片及び摺動片に固定される調整ボルトを備え、調整スプリングの一端が正負極板発生アセンブリに接触し、他端が摺動片に接触し、正極板と負極板との間に絶縁スプリングが設けられる。
【００１４】
好ましくは、前記イオンドープ装置部はポンプ体、及び複数の水平配管とＬ字型フランジとで構成される配管システムを含み、Ｌ字型配管の曲がり角に起振棒が設置され、配管システムの一端がポンプ体（３−４）の出力端子に接続され、他端の配管の端部に少なくとも１組のイオンドープ装置が嵌合され、前記イオンドープ装置が調整可能なハイパワーの集束超音波トランスデューサである。
【００１５】
好ましくは、前記グラファイト層間剥離部はハウジング、ハウジング内に設置される剥離アセンブリを備え、ハウジングの両端に入口及び出口が設けられ、且つエンドカバーで密閉され、剥離アセンブリは垂直に設置される金属片Ａ、金属片Ｂ、金属片Ｃ及び金属片Ｄを含み、前記金属片Ａ、金属片Ｂ、金属片Ｃ及び金属片Ｄに対応する構造が金属片構造Ａ１、金属片構造Ａ２、金属片構造Ｂ１及び金属片構造Ｂ２である。その組み合わせが金属片Ａ−金属片Ｃ、金属片Ｂ−金属片Ｄ、金属片Ａ−金属片、又は金属片Ｄ−金属片Ａ−金属片Ｂ−金属片Ｃ−金属片Ｄであり、
金属片構造Ａ１は六角形貫通孔が均一に配置される円板であり、円板の中心が中心孔の中心である。金属片構造Ｂ１は金属片構造Ａ１の孔型寸法と同様であり、六角形貫通孔が均一に配置される円板であるが、円板の中心が金属片構造Ａ１を２つの孔の中心の直線距離の１／２だけ水平に移動する箇所である。金属片構造Ａ２は円形貫通孔が均一に配置される円板であり、円板の中心が中心孔の中心である。金属片構造Ｂ２は金属片構造Ａ２の孔型寸法と同様であり、円形貫通孔が均一に配置される円板であるが、円板の中心が金属片構造Ａ２を２つの孔の中心の直線距離の１／２だけ水平に移動する箇所である。金属片構造Ｃは円板の周辺に半円形貫通孔があるが、その上に少なくとも４つのねじ穴が均一に配置される。金属片構造Ｄは中心に貫通孔がある。その組み合わせがＡ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２、Ａ−Ｂ又はＤＡＢＣＤである。
【００１６】
前記分散装置部（２−２）はハウジング、ハウジング内に設置される順に接続される２つの分散室、つまり分散室１及び分散室２を備え、前記分散室２の出力端子がハウジング外部の出力室に接続され、前記分散室１及び分散室２が２つの矩形室であり、且つ分散室１の出力端子が分散室２の入力端子に接続され、前記分散室２の出力端子がくさび形であり、傾斜角度がα（３５°≦α≦７５°）であり、出力室が台形であって、２つの辺の傾斜角度がβ（４５°≦β≦８５°）であり、前記分散室２の出力端子から入力端子までの距離がＬであり、幅がＤ１であり、分散室２の出力端子の仕様がＤ２（０．０１≦（Ｄ１−Ｄ２）／Ｌ≦０．１）であり、前記ハウジングの上部に更に分散室１と分散室２との接続箇所まで１つの垂直流路が開設され、該流路が１つの逆Ｔ字型流路であり、流路の底部が矩形であって、分散室１と分散室２との接続箇所に連通する。
【００１７】
量子レベル炭素の製造方法であって、
多層逆浸透膜を用いてｐＨ値６．５−７．２、抵抗値１８０メグオームの脱イオン水を製造し、電気化学酸化発生器部のハウジングの左側壁に設けられ給液口ａから発生器に入れるステップ１と、
発生器内の水の０．１５％の添加量のＨ２Ｏ２剤（濃度３０％）を、給液口ａから発生器に入れるステップ２と、
ステップ１、ステップ２を経て、水和剤を電気化学酸化発生器部に入れ、２４時間以上静置し、その後、制御キャビネットによって製造プログラムを起動し、制御キャビネットが高周波パルス直流電源を供給し、出力端子の直流電源が０−１５０Ｖであり、０−１００Ａが電気化学酸化発生器部（１）の調整応用に備え、出力端子電力１−５ＫＶＡ、２０ＫＨｚ−１２０ＫＨｚの多重周波数双方向送信波を同時に供給し、イオンドープ装置の調整可能なハイパワーの集束超音波トランスデューサの調整応用に備えるステップ３と、
電気化学酸化発生器部により製造された一次カーボンゾル液体をポンプの提供する３ｋｇ／ｃｍ３−１０ｋｇ／ｃｍ３圧力強度によってイオンドープ装置部に搬送し、グラファイト層間水素、酸素イオンのドープ製造を行い、次にグラファイト層間剥離部、分散装置部のグラファイト層間剥離部、分散装置部により製造された後、グラファイト層間剥離部、分散装置剥離部でカーボンゾル液体の様々なパラメータを検出し、カーボンゾル液体の各項指標が所定値範囲にある場合、量子レベル炭素の基礎液体として後続精製、濃縮等の方法で各形態の量子レベル炭素製品を分離製造し、カーボンゾル液体の各項指標が所定値範囲を超える場合、システムがポンプ４を起動してカーボンゾル液体を電気化学酸化発生器部に戻して再製造するステップ４と、を含み、
【００１８】
前記カーボンゾル液体の各項指標とは、量子レベル炭素混合液のｐＨ値が１．２−２．２であり、起電力ＯＲＰ値が２８０ｍｖ−３８０ｍｖであり、導電率値が１．５ｍｓ／ｃｍ−５．０ｍｓ／ｃｍであり、固液濃度は導電率−固形分含有量、起電力−固形分含有量、ｐＨ−固形分含有量のように正規化する傾向があり、固形分含有量値が０．４％−０．６％であり、カーボンゾル液体の温度が４０℃−７０℃であるということを意味し、
前記カーボンゾル液体の各項指標は量子レベル炭素粒子の粒径及び粒径頻度分布に対する検出を含み、量子レベル炭素の粒径及び粒径頻度分布範囲が０．６ｎｍ−１．０ｎｍであり、
各パラメータが規定の水準に達すると、量子レベル炭素溶液を得て、選別装置に設けられる回転速度１５０００回転／分間−３００００回転／分間の高速遠心機によって量子レベル炭素混合液に対して遠心選別処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、前記量子レベル炭素混合液を遠心処理した後、処理後の溶液に０．００１％−０．０１０％質量比のベンゼンヘキサカルボン酸を結晶種子として加えて、２時間高速撹拌するとともに、７０℃−８０℃に加熱し、２０時間以上静置し、室温まで徐々に冷却して、高純度のベンゼンヘキサカルボン酸結晶体の炭素水素酸素化合物を得る。
【００２０】
好ましくは、前記量子レベル炭素混合液を遠心処理した後、処理後の溶液に０．１％−１．０％パラフィン、０．１％−１．０％脂肪族アルコール、又は任意比率のパラフィンと脂肪族アルコールとの混合物を加える。前記パラフィンはＣ１−Ｃ１２炭素のパラフィンであって、１つ又は複数の混合炭化水素である。前記脂肪族アルコールはＣ１−Ｃ１２炭素の脂肪族アルコールであって、１つ又は複数の混合アルコールである。且つ１時間高速撹拌し、１２時間静置して、高純度のオクタンＣ８Ｈ１８炭素水素化合物を得る。
【発明の効果】
【００２１】
従って、本発明は、プロセスが簡単であり、コストが低く、制御しやすく、量産を容易に実現でき、且つ廃液、固体廃棄物、排ガスを生成せず、製造された単層グラフェン、多層グラフェン、及び炭素構造粒子の粒度が均一であり、純度が高く、製品の品質が安定するという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は量子レベル炭素の製造プロセスを示す図である。
【図２】図２は量子レベル炭素の製造構成図である。
【図３ａ】図３ａは電気化学酸化発生器部（１）の構造模式図である。
【図３ｂ】図３ｂは電気化学酸化発生器部（１）のＫ−Ｋ線に沿う断面構造模式図である。
【図３ｃ】図３ｃは電気化学酸化発生器部（１）における負極板の構造模式図である。
【図３ｄ】図３ｄは電気化学酸化発生器部（１）における正極板の構造模式図である。
【図４】図４はイオンドープ装置部（３）の構造模式図である。
【図５】図５はグラファイト層間剥離分散装置部（２）の構造模式図である。
【図６ａ】図６ａは剥離部材（２−１）におけるＡ１の剥離片を示す図である。
【図６ｂ】図６ｂは剥離部材（２−１）におけるＢ１の剥離片を示す図である。
【図６ｃ】図６ｃは剥離部材（２−１）におけるＣの剥離片を示す図である。
【図６ｄ】図６ｄは剥離部材（２−１）におけるＡ２の剥離片を示す図である。
【図６ｅ】図６ｅは剥離部材（２−１）におけるＢ２の剥離片を示す図である。
【図６ｆ】図６ｆは剥離部材（２−１）におけるＤの剥離片を示す図である。
【図７ａ】図７ａは剥離部材（２−１）におけるＡ１−Ｂ１組み合わせの模式図である。
【図７ｂ】図７ｂは剥離部材（２−１）におけるＡ２−Ｂ２組み合わせの模式図である。
【図７ｃ】図７ｃは剥離部材（２−１）におけるＡ−Ｂ組み合わせの模式図である。
【図８】図８は剥離部材（２−１）におけるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ組み合わせの模式図である。
【図９】図９は分散装置部の模式図である。
【図１０】図１０は量子炭素の固形分含有量と導電率との関係曲線を示す図である。
【図１１】図１１は量子レベル炭素の固形分含有量と起電力との関係曲線を示す図である。
【図１２】図１２は量子レベル炭素の固形分含有量とｐＨとの関係曲線を示す図である。
【図１３】図１３は量子レベル炭素の製造初期の各パラメータ曲線を示す図である。
【図１４】図１４は量子レベル炭素の製造完了の各パラメータ曲線を示す図である。
【図１５】図１５は量子レベル炭素の酸化原理図である。
【図１６】図１６は本発明の酸化グラフェンの形態図である。
【図１７】図１７は量子レベル炭素の１つの電子顕微鏡観察図である。
【図１８】図１８は量子レベル炭素の他の電子顕微鏡観察図である。
【図１９】図１９は量子レベル炭素ＳＴＭ平面観察図である。
【図２０】図２０は量子レベル炭素ＳＴＭ立体観察図である。
【図２１】図２１は量子レベル炭素ＳＴＭ粒径検出図である。
【図２２】図２２は量子レベル炭素の赤外クロマトグラムである。
【図２３】図２３は量子レベル炭素の基準赤外クロマトグラムである。
【図２４】図２４は量子レベル炭素でベンゼンヘキサカルボン酸を製造するマススペクトルである。
【図２５】図２５は量子レベル炭素でベンゼンヘキサカルボン酸Ｃ１３を製造するクロマトグラムである。
【図２６】図２６は量子レベル炭素でベンゼンヘキサカルボン酸を製造するＸＲＤ回折計による分析を示す図である。
【図２７】図２７は量子レベル炭素に対してガスクロマトグラフィー／質量分析検出を行う（検出結果がノルマルオクタンＣ８Ｈ１８である）図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら実施例によって本発明の技術案を更に具体的に説明する。
【００２４】
実施例１
【００２５】
本発明に係る量子レベル炭素は０．３−１００ｎｍ粒径の炭素粒子の単層グラフェン、多層グラフェン、ナノ炭素構造体を含み、前記炭素粒子の表層に炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物があり、前記炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物は多環芳香族炭化水素、炭素酸素単結合を含有する化合物、炭素酸素二重結合を含有する化合物、炭素水素結合を含有する化合物を含む。
【００２６】
該量子レベル炭素は量子レベル炭素溶液を含み、前記量子レベル炭素溶液が量子レベル炭素を含有する水溶液であり、前記量子レベル炭素溶液は、ＯＲＰが２８０ｍｖ−５００ｍｖであり、導電率σが１−１０ｍｓ／ｃｍであり、起電力が２８０ｍｖ−３８０ｍｖであり、ｐＨ値が１．２−３．２であり、濃度が０．１％−０．４５％である。
【００２７】
質量百分率で、量子レベル炭素は、０．６≦粒径≦５０ｎｍ単層グラフェン、０．６≦粒径≦１００多層グラフェン、０．６ｎｍ≦粒径≦２００ｎｍ炭素構造粒子、０．６＜粒径＜２００ｎｍ量子レベル炭素の炭素粒子からなり、前記炭素、水素、酸素、窒素を含有する化合物は多環芳香族炭化水素、炭素酸素単結合を含有する化合物、炭素酸素二重結合を含有する化合物、炭素水素結合を含有する化合物のうちの１つ又は複数の混合物であり、各元素の比率がＣ：４５％−５５％、Ｈ：０．２％−２．０％、Ｏ：４５％−６５％である。
【００２８】
実施例２
【００２９】
本発明に係る量子レベル炭素の製造装置は、電気制御部、電気化学酸化発生器部（１）、イオンドープ装置部（３）、グラファイト層間剥離、分散装置部（２）、分離装置部及び濃縮装置部を含む。電気化学酸化発生器部（１）、イオンドープ装置部（３）、グラファイト層間剥離、分散装置部（２）、分離装置部及び濃縮装置部を順に連通してなることを特徴とする。
【００３０】
電気化学酸化発生器部（１）はハウジング及びハウジングキャビティに設置される少なくとも１組の正負極板発生アセンブリ（１−１、１−２）を備え、ハウジングの左側壁に給液口ａ及び吸気口ｂが設けられ、ハウジングの右側壁に材料排出口ｃが設けられる。正極板１−２が強度・密度・純度の高いグラファイト（高密度では、比重＞１．８０、高純度では、グラファイト＞９９．９％、高強度では、引張強度＞３０．００ＭＰａ）であり、負極板１−１は３１４＃ステンレス又は３１４＃ステンレスの表面にＰｔ又はＮｉがめっきされる金属極板であって、２ｍｍ直径×５０−３００個の貫通孔が均一に配置される。１−３がポリテトラフルオロエチレン材質のブラケットを示し、１−４がポリテトラフルオロエチレン材質の中心軸を示し、１−５が１−１と１−２との間の隙間を調整する隙間弾性調整装置を示し、調整範囲が０．５ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００３１】
イオンドープ装置部（３）はポンプ体３−４、配管３−１、フランジ管継手、及び配管３−１の端部に設置される少なくとも１組のイオンドープ装置を備える。前記イオンドープ装置が調整可能なハイパワーの集束超音波トランスデューサ（周波数２０ＫＨｚ−１２０ＫＨｚ、電力１ＫＷ−５ＫＷ）である。
【００３２】
グラファイト層間剥離部２−１はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４枚の異なる構造の円形金属片及び制限ボルト２−１．１、ハウジング、２つのエンドカバーを備える。前記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４枚の異なる構造の金属片はＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を含む。Ａ１は六角形貫通孔が均一に配置される円板であり、円板の中心が中心孔の中心である。Ｂ１はＡ１の孔型寸法と同様であり、六角形貫通孔が均一に配置される円板であるが、円板の中心がＡ１を２つの孔の中心の直線距離の１／２だけ水平に移動する箇所である。Ａ２は円形貫通孔が均一に配置される円板であり、円板の中心が中心孔の中心である。Ｂ２はＡ２の孔型寸法と同様であり、円形貫通孔が均一に配置される円板であるが、円板の中心がＡ２を２つの孔の中心の直線距離の１／２だけ水平に移動する箇所である。Ｃは円板の周辺に半円形貫通孔があるが、その上に少なくとも４つのねじ穴が均一に配置される。Ｄは中心に貫通孔がある。その組み合わせがＡ１−Ｂ１、Ａ２−Ｂ２、Ａ−Ｂ又はＤＡＢＣＤである。
【００３３】
図９に示すように、分散装置部（２−２）はハウジング、ハウジング内に設置される順に接続される２つの分散室、つまり分散室１及び分散室２を備え、前記分散室２の出力端子がハウジング外部の出力室に接続され、前記分散室１及び分散室２が２つの矩形室であり、且つ分散室１の出力端子が分散室２の入力端子に接続され、前記分散室２の出力端子がくさび形であり、傾斜角度がαであり、出力室が台形であって、２つの辺の傾斜角度がβであり、前記分散室２の出力端子から入力端子までの距離がＬであり、幅がＤ１であり、分散室２の出力端子の仕様がＤ２であり、前記ハウジングの上部に更に分散室１と分散室２との接続箇所まで１つの垂直流路が開設され、該流路が１つの逆Ｔ字型矩形流路であって、流路の底部で分散室１と分散室２との接続箇所を包んでおり、
流体が異なる内径及び一定の幾何学的サイズの空間を流れ、各局部及び質点に異なる流体の圧力強度及び質点の移動速度が発生する。Ａ入口から入った液体流体は、液体圧力が動圧に変える。局部負圧領域では、内径が一変し、液体の流速が増加し、圧力が放出されるため、局部負圧領域Ｅが発生する。負圧領域ＥはＢ入口から特定のガス又は流体媒体を吸い込む機能を有する。
【００３４】
本発明における特定のガスが空気である。添加量が０．０１％〜１％（液体の体積比）であり、好ましくは０．１％〜０．５％である。加圧領域は特定の幾何学的サイズの空間であり、吸い込んだガスを気液混合相状態にし、内径が増加するため、液体の流速が減少し、液体が動圧から静圧に変えて圧縮加圧溶解を行う。ガスを十分に加圧溶解した後、液体が過飽和状態になる。Ｃ出口を一定の角度で一変して拡大して大気圧の圧力にするとき、液体に大量のマイクロバブルが析出する。大気圧界面におけるＣ出口において、液体に溶解したガスマイクロバブルの発生、成長及び爆発的崩壊が一瞬で完了し、局部に異常の高温高圧が発生するため、水分子結合が切断して大量のヒドロキシラジカル（・ＯＨ）及び水素ラジカル（・Ｈ）が生成される。ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）は非常に強い酸化能力を有し、単層グラフェン、多層グラフェン、及び炭素構造粒子に対して酸化修飾を行うことができる。
【００３５】
０．０１≦（Ｄ１−Ｄ２）／Ｌ≦０．１、好ましくは（Ｄ１−Ｄ２）／Ｌ＝０．０５、３５°≦α≦７５°、好ましくはα＝４５°、４５°≦β≦８５°、好ましくはβ＝６５°。
【００３６】
実施例３
【００３７】
本発明に係る量子レベル炭素の製造方法は、以下のステップを含む。
【００３８】
ステップ（１）、多層逆浸透膜を用いてｐＨ値６．５−７．２、抵抗値１８０メグオームの脱イオン水を製造し、電気化学酸化発生器部（１）のハウジングの左側壁に設けられる給液口ａから発生器に入れる。
【００３９】
ステップ（２）、発生器内の水の０．１５％の添加量のＨ２Ｏ２剤（濃度３０％）を、給液口ａから発生器に入れる。
【００４０】
ステップ（３）、電気化学酸化発生器部１はハウジング及びハウジングキャビティに設置される少なくとも１組の正負極板発生アセンブリ（１−１、１−２）を備え、正極板１−２がグラファイト化された強度・密度・純度の高いグラファイト板（高密度では、比重＞１．８０、高純度では、グラファイト＞９９．９％、高強度では、引張強度＞３０．００ＭＰａ）であり、負極板１−１は３１４＃ステンレス又は３１４＃ステンレスの表面にＰｔ又はＮｉがめっきされる金属極板であって、２ｍｍ直径×５０−３００個の貫通孔が均一に配置される。１−３がポリテトラフルオロエチレン材質のブラケットを示し、１−４がポリテトラフルオロエチレン材質の中心軸を示し、１−５が１−１と１−２との間の隙間を調整する隙間弾性調整装置を示し、調整範囲が０．５ｍｍ〜１０ｍｍである。
【００４１】
ステップ（４）、ステップ（１）及びステップ（２）を得て、水和剤を電気化学陽極酸化装置１に入れ、２４時間以上静置し、その後、制御キャビネットによって製造プログラムを起動し、制御キャビネットが高周波パルス直流電源を供給し、出力端子の直流電源が０−１５０Ｖであり、０−１００Ａが電気化学陽極酸化装置の調整応用に備え、出力端子電力１−５ＫＶＡ、２０ＫＨｚ−１２０ＫＨｚの多重周波数双方向送信波を同時に供給し、イオンドープ装置の調整可能なハイパワーの集束超音波トランスデューサの調整応用に備える。
【００４２】
ステップ（５）、電気化学酸化発生器部（１）により製造された一次カーボンゾル液体をポンプ３−４の提供する３ｋｇ／ｃｍ３−１０ｋｇ／ｃｍ３圧力強度によってイオンドープ装置部（３）に搬送し、グラファイト層間水素、酸素イオンのドープ製造を行い、次にグラファイト層間剥離、分散装置部（２）のグラファイト層間剥離装置２−１、分散装置部（２−２）により製造された後、グラファイト層間剥離、分散装置部（２）でカーボンゾル液体の様々なパラメータを検出し、カーボンゾル液体の各項指標が所定値範囲にある場合、量子レベル炭素の基礎液体として後続精製、濃縮等の方法で各形態の量子レベル炭素製品を分離製造し（つまり、本発明の濃縮装置及び分離装置によって濃縮又は分離し、濃縮及び分離装置がいずれも従来の分離及び濃縮技術を採用するため、ここで詳細な説明は省略する）、カーボンゾル液体の各項指標が所定値範囲を超える場合、システムがポンプ４を起動してカーボンゾル液体を電気化学酸化発生器部（１）に戻して再製造する。
【００４３】
ステップ（６）、ステップ（５）に記載のカーボンゾル液体の各項指標とは、量子レベル炭素混合液のｐＨ値が１．２−２．２であり、起電力ＯＲＰ値が２８０ｍｖ−３８０ｍｖであり、導電率値が１．５ｍｓ／ｃｍ−５．０ｍｓ／ｃｍであって、図１３及び図１４における傾向に一致し、固液濃度は図１０における導電率−固形分含有量、図１１における起電力−固形分含有量、図１２におけるｐＨ−固形分含有量のように正規化する傾向があり、固形分含有量値が０．４％−０．６％であり、カーボンゾル液体の温度が４０℃−７０℃であるということを意味し、純粋な炭素粒子の表面がアルカリ性であるべきである理由は、その微結晶の表面が芳香族多環構造からなるためであり、ルイス塩基が水中に水素イオンを吸収して周囲の液体にアルカリ性を呈させ、酸性は表面に酸素が一定程度結合されてルイス塩基のアルカリ性を相殺してから発生し、ｐＨ値は量子レベル炭素粒子表面の酸素含有量の標識であり、ｐＨ値の大きさは主に量子レベル炭素粒子表面の酸素基含有量によって決定される。
【００４４】
2019531998.tif 000003
【００４５】
ステップ（５）に記載のカーボンゾル液体の各項指標は量子レベル炭素粒子の粒径及び粒径頻度分布に対する検出を含む（図１７、図１８、図１９、図２０、図２１）。量子レベル炭素の粒径及び粒径頻度分布範囲が０．６ｎｍ−１．０ｎｍである。既にナノスケール（１ｎｍ−１００ｎｍ）範囲を超えた。
【００４６】
各パラメータが規定の水準に達すると、量子レベル炭素溶液を得る。選別装置に設けられる回転速度１５０００回転／分間−３００００回転／分間の高速遠心機によって量子レベル炭素混合液に対して遠心選別処理を行う。
【００４７】
ステップ（７）、ステップ７−１、前記量子レベル炭素混合液を遠心処理した後、処理後の溶液に（０．００１％−０．０１０％質量比）ベンゼンヘキサカルボン酸を結晶種子として加えて、２時間高速撹拌するとともに、７０℃−８０℃に加熱し、２０時間以上静置し、室温まで徐々に冷却して、高純度のベンゼンヘキサカルボン酸結晶体の炭素水素酸素化合物を得る（図２２、図２３、図２４、図２５、図２６）。
【００４８】
ステップ７−２、前記量子レベル炭素混合液を遠心処理した後、処理後の溶液に０．１％−１．０％パラフィン、０．１％−１．０％脂肪族アルコール、又は任意比率のパラフィンと脂肪族アルコールとの混合物を加える。前記パラフィンはＣ１−Ｃ１２炭素のパラフィンであって、１つ又は複数の混合炭化水素である。前記脂肪族アルコールはＣ１−Ｃ１２炭素の脂肪族アルコールであって、１つ又は複数の混合アルコールである。且つ１時間高速撹拌し、１２時間静置して、高純度のオクタンＣ８Ｈ１８炭素水素酸素化合物を得る（図２７）。
【００４９】
本明細書に説明される具体的な実施例は本発明の趣旨を例示して説明するためのものに過ぎない。当業者であれば、本発明の趣旨又は添付の特許請求の範囲を逸脱せずに、説明される具体的な実施例に対して種々の修正、追加又は同様の方式で置換を行うことができる。
【図１】
2019531998.tif 000004
【図２】
2019531998.tif 000005
【図３ａ】
2019531998.tif 000006
【図３ｂ】
2019531998.tif 000007
【図３ｃ】
2019531998.tif 000008
【図３ｄ】
2019531998.tif 000009
【図４】
2019531998.tif 000010
【図５】
2019531998.tif 000011
【図６ａ】
2019531998.tif 000012
【図６ｂ】
2019531998.tif 000013
【図６ｃ】
2019531998.tif 000014
【図６ｄ】
2019531998.tif 000015
【図６ｅ】
2019531998.tif 000016
【図６ｆ】
2019531998.tif 000017
【図７ａ】
2019531998.tif 000018
【図７ｂ】
2019531998.tif 000019
【図７ｃ】
2019531998.tif 000020
【図８】
2019531998.tif 000021
【図９】
2019531998.tif 000022
【図１０】
2019531998.tif 000023
【図１１】
2019531998.tif 000024
【図１２】
2019531998.tif 000025
【図１３】
2019531998.tif 000026
【図１４】
2019531998.tif 000027
【図１５】
2019531998.tif 000028
【図１６】
2019531998.tif 000029
【図１７】
2019531998.tif 000030
【図１８】
2019531998.tif 000031
【図１９】
2019531998.tif 000032
【図２０】
2019531998.tif 000033
【図２１】
2019531998.tif 000034
【図２２】
2019531998.tif 000035
【図２３】
2019531998.tif 000036
【図２４】
2019531998.tif 000037
【図２５】
2019531998.tif 000038
【図２６】
2019531998.tif 000039
【図２７】
2019531998.tif 000040
【国際調査報告】
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2019531998.tif 000042
2019531998.tif 000043
2019531998.tif 000044